表面化学与胶体例题

已知下列各物质的沸点分别为： 已知下列各物质的沸点分别为： 正戊烷：36.1℃；乙烷： 88.6℃ 88.6℃； 正戊烷：36.1℃；乙烷：–88.6℃； 氮气：–195.8℃；氯气：–34.6℃，在25℃用活 195.8℃； 34.6℃， 25℃用活 氮气： 195.8℃ 氯气： 34.6℃ 性炭作吸附剂时， 性炭作吸附剂时，最易被吸附的气体是
提问：液体润湿固体，对同一液体来说， 提问：液体润湿固体，对同一液体来说，固体表 面张力大的容易润湿还是小的容易润湿？ 面张力大的容易润湿还是小的容易润湿？ 对同一固体来说， 对同一固体来说，液体表面张力大的容易 润湿还是小的容易润湿？ 润湿还是小的容易润湿？
下列说法中是否正确？ 下列说法中是否正确？ A. BET吸附等温式只适用于单分子层吸附 吸附等温式只适用于单分子层吸附 B.饱和溶液陈化，晶粒长大，是因为小晶粒的溶解度比大 饱和溶液陈化， 饱和溶液陈化 晶粒长大， 晶粒的大。 晶粒的大。 C. 人工降雨时在大气中撒入化学物质的主要目的是促进凝 结中心形成。 结中心形成。 D.一定温度下，凹形颗粒的半径越小，其饱和蒸气压 一定温度下， 一定温度下 凹形颗粒的半径越小， 就越小 E. 当油滴在水面上的铺展系数小于零时，油滴可在水 当油滴在水面上的铺展系数小于零时， 面上铺展
p凸 > p平 > p凹
物质要小到一定程度， ★ 物质要小到一定程度，表面效应才显著 增大， ★ 微小物质的饱和蒸气压 pr 增大， 其化学势增高， 其化学势增高，表面能增高
微小物质的熔点低（凸面） ▲ 微小物质的熔点低（凸面） 微小物质的饱和蒸气压＞ 微小物质的饱和蒸气压＞大块物质饱和蒸气压
pΘ pB Θ µ B = µ + RT ln Θ 大块物质化学势 p µ r,B＞ µ B ，熔融时， B = µ B(l) 则： r,B＞µ B(l) µ µ 熔融时，
=0.027× N=(0.3)3/(10-8)3=0.027×1024 Aˊ=N×6×(10-8)2 Aˊ=N× × 0 Gs’=Aˊ σ= 54=Wˊ> =Wˊ>0 Gs =Aˊ·σ= N×6×(10-8)2 ·0.9/0.54=Wˊ>0 =Aˊ × 0 0
表面张力的数值与很多因素有关，但是它与: 表面张力的数值与很多因素有关，但是它与: A. 温度无关 B. 另一相物质无关 C. 表面积的大小无关 D. 组成无关 接触物质密度差越大，表面张力越大； 接触物质密度差越大，表面张力越大；温度越 越小；压力越大，表面张力越小。 高，越小；压力越大，表面张力越小。 在给定的温度及压力下， 在给定的温度及压力下，把一定体积的水分散 成许多小水滴，在这一变化中， 成许多小水滴，在这一变化中，水的总表面积 增大， 保持不变， 和比表面都会增大 但表面张力保持不变 和比表面都会增大，但表面张力保持不变，表 面能变大 变大。 面能变大。
ps= 2σ/r
p静压=ρgh
h =2σcosθ/rmρg
在水平放置的玻璃毛细管中分别加入少量的纯水和 汞。毛细管中液体两端的液面分别呈何种形状？如果 毛细管中液体两端的液面分别呈何种形状？ 分别在管外的右端液面处微微加热，管中的液体将向 分别在管外的右端液面处微微加热， 哪一方向移动？ 哪一方向移动？
在下列气体以活性炭作吸附剂时： 在下列气体以活性炭作吸附剂时： 乙烷；氮气；氯气；氧气。 乙烷；氮气；氯气；氧气。 若其中氯气最易被吸附， 若其中氯气最易被吸附，氮气最不易被吸 附，则说明 的沸点最高。 的沸点最高。 易挥发的气体最不易被吸附。 易挥发的气体最不易被吸附。 易液化的易被吸附。 易液化的易被吸附。 防毒面具吸附毒气而基本上不吸附氧气， 防毒面具吸附毒气而基本上不吸附氧气，是 因为一般毒气都易液化，而氧气难以液化。 因为一般毒气都易液化，而氧气难以液化。 的沸点最低， 的沸点最低，
平衡 自动 自动
表面积不能改变时， 表面积不能改变时， dGs = Asdσ ≤0， ， 平衡 σ减小为自动过程，吸附，润湿等表面过程。 减小为自动过程，吸附，润湿等表面过程。 减小为自动过程
自动
提问：表面 自由能、 自由能、 提问：表面Gibbs自由能、比表面 自由能 比表面Gibbs自由能、 自由能 表面张力三者的概念、单位是否相同？ 表面张力三者的概念、单位是否相同？ 如何表示？ 如何表示？
1、由于附加压强的作用，不规则的液滴 由于附加压强的作用， 都会被规范成球状。 都会被规范成球状。露珠呈球形 2、两块干燥的玻璃板间放一滴水很难拉开， 两块干燥的玻璃板间放一滴水很难拉开， 两块石蜡板间放一滴水很溶液拉开
对于理想的水平液面， 对于理想的水平液面，数值为零的物理量是 表面自由能 液面的附加压力 表面张力 比表面能 用同一毛细管插入液体1和液体 中 用同一毛细管插入液体 和液体2中，液体在毛细管中 和液体 上升的高度分别是h 上升的高度分别是 1和h2，已知两种液体对毛细管的 接触角相同，液体1的密度及表面张力均为液体 的 的密度及表面张力均为液体2的 接触角相同，液体 的密度及表面张力均为液体 两倍， 的关系为： 两倍，则h1和h2的关系为：
c2 2σM 1 1 ln = ( − ) c1 ρRT r2 r1 cr 2σM 1 ln = c0 ρRT r
和
若r2＜r1，则c2 > c1， 即：物质颗粒越小，其溶解度越大； 物质颗粒越小，其溶解度越大； 因为固体颗粒的r＞ ， 因为固体颗粒的 ＞0，所以微小物质的溶解度 (c r)大于正常条件下物质的溶解度 0) 大于正常条件下物质的溶解度(c 大于正常条件下物质的溶解度
已知298 K时，σ(H２O)＝72.10 mN·m-1， 已知 时 ＝ σ（汞-H2O）＝37.0 mN·m-1，σ（汞）= （ ） （ 478 mN·m-1。试判断水能否在汞表面上铺展 开来? 开来 解：cosθ=[σ(汞)-σ(汞-水)]/σ(水)＞0 汞 汞水 水＞
0 < θ < 90
根据Kelvin公式，对于同一种液体物质，其平液 公式，对于同一种液体物质， 根据 公式 面、凹液面以及凸Baidu Nhomakorabea面的饱和蒸气压的大小顺序 如何？ 如何？
凹液面， ＜ ， ★ 凹液面，r＜0，则：pr= p凹＜ p0， 越小， 越小； 且|r|越小，p凹越小； 越小 凸液面， ＞ ， ★ 凸液面，r＞0，则：pr= p凸＞ p0，
0
说明水能在汞表面上展开。 说明水能在汞表面上展开。
润湿作用的应用 1、粉末冶金法制造金属陶瓷，金属要能很好 粉末冶金法制造金属陶瓷， 地 润湿陶瓷，浇铸时， 润湿陶瓷，浇铸时，金属熔体要能润湿铸模 医学上用脱脂棉，因棉花吸水性差。 2、医学上用脱脂棉，因棉花吸水性差。印染 时也经脱脂处理，使染料很好地附在棉花纤维 时也经脱脂处理， 上。 3、有的笔能在透明薄膜上写字而有的却写不上 4、水在植物表面不润湿，喷洒农药时，加表面 水在植物表面不润湿，喷洒农药时， 活性剂
2. 影响表面张力的因素 ★ 与物质本性有关 分子间的作用力越大， 越大： 分子间的作用力越大，σ越大： σ金属键＞σ离子键＞σ极性键＞σ非极性键, ★ 与温度有关 教材P 11一般：温度升高, 一般：温度升高,σ↓；教材P544 式（11-3） 温度升高到临界温度Tc时，σ→0 与接触相的密度有关（见教材P 11★ 与接触相的密度有关（见教材P543表11-2） 接触相相同， 接触相相同， σ固体 ＞ σ液体 ★ 与压强有关 一般：压强升高, 见教材P 11一般：压强升高,σ↓；见教材P544图11-5 其它： ★ 其它：分散度等
在298K时，把半径为1×10-4m的水滴分散成半径为 298K 把半径为1 的小水滴，比表面增加多少倍? 1×10-7m的小水滴，比表面增加多少倍?表面吉布斯自 由能增加多少?环境至少需做功多少?已知298 由能增加多少?环境至少需做功多少?已知298 K时 σ(H2O)＝72.75 mN m-1。 O)＝72. mN·m 解： N=(4 )/(4 N=(4Πr13/3)/(4Πr23/3)= r13/r23 小颗粒的面积为： N×4Πr22=4Πr13/r2 小颗粒的面积为： 大颗粒的面积为： 大颗粒的面积为： 4Πr12 面积增加倍数为： )/4 面积增加倍数为：(4Πr13/r2)/4Πr12=r1/r2=103 ΔGs’=ΔA σ=( σ=Wˊ>0 ΔGs =ΔA·σ=(4Πr13/r2 - 4Πr12 ) σ=Wˊ>0 =ΔA σ=(4
关于物理吸附与化学吸附，下列说法是否正确？ 关于物理吸附与化学吸附，下列说法是否正确？ 物理吸附是分子间力起作用， 物理吸附是分子间力起作用，化学吸附是化学键力 起作用。 起作用。 物理吸附有选择性，化学吸附无选择性。 物理吸附有选择性，化学吸附无选择性。 物理吸附速率快，化学吸附速率慢。 物理吸附速率快，化学吸附速率慢。 物理吸附不太牢固，易解吸；化学吸附较牢固， 物理吸附不太牢固，易解吸；化学吸附较牢固，不 易解吸。 易解吸。 还有：吸附层，可逆性， 还有：吸附层，可逆性，吸附温度的区别
已知丁酸水溶液在19℃ 已知丁酸水溶液在 ℃的表面张力与浓度的 ），式中 关系为 σ= σ0–a ln（1 + bc），式中 0、a、b （ ），式中σ 、 均为常数，则溶液的表面吸附量Γ与溶液浓度 均为常数，则溶液的表面吸附量 与溶液浓度 c的关系为 的关系为 。
某立方体物质1kg， 总面积为0.54m2 ， 表面自由能为 某立方体物质 1kg ， 总面积为 0 54m 当将其粉碎为边长为10 的立方体时， 0.9 J。当将其粉碎为边长为10－8m的立方体时，其表 面能为 。 σ=Gs’/A=0.9/0.54 Nmσ=Gs /A=0.9/0.54 Nm-1 A=0.54m2=6L2 L=0.3m
微小物质化学势
µ r,B = µ + RT ln
Θ
pr,B
µ 微物熔融应满足： 微物熔融应满足： r,B = µ B(l)
微小固体易溶，溶解吸热，系统温度下降， 微小固体易溶，溶解吸热，系统温度下降， 故熔点降低 Tf（微小）＜ Tf（大块） （微小） （大块）
▲ 微小固体物质的溶解度大 溶解度： 溶解度：恒T﹑p下，溶质在溶剂中达到溶解 ﹑ 下 平衡时的（饱和）浓度。 平衡时的（饱和）浓度。 将开尔文公式与亨利定律结合，推导得： 将开尔文公式与亨利定律结合，推导得：
σ =（GT,p - G’T,p）/As = Gs/As （ Gs：(比)表面过剩 表面过剩Gibbs自由能，表面过剩自由能 自由能， 自由能 ： 比 表面过剩 下的表面过程有： 恒T，p下的表面过程有： ， 下的表面过程有 dGT,p = dGs =σdAs+ Asdσ≤0平衡 体系中各相组成（ 恒定， 确定 确定， 体系中各相组成（ni）恒定，σ确定，则： dGs = σdAs ≤0，表面积减小为自动过程；微物 ，表面积减小为自动过程；
1、球形曲面的附加压力计算公式为 、 ps=2σ/r σ 。
2、某温度下肥皂溶液的表面张力为 、 6×10－3N/m。若空气中有一直径为 × 。若空气中有一直径为0.02m的球 的球 形肥皂泡， 形肥皂泡，则泡内的附加压力为 ps=4σ/r σ σ：J·m-2 = N·m·m-2 = N·m-1 Pa=J·m Pa=J m-3 = N·m-2 。
参天大树是依靠树皮中的无数个毛细管将土壤中的 参天大树是依靠树皮中的无数个毛细管将土壤中的 水分和营养源源不断地输送到树冠（ 水分和营养源源不断地输送到树冠（也有渗透压的 作用，树中有盐分，地下水会因渗透压进入树内， 作用，树中有盐分，地下水会因渗透压进入树内， 通过毛细管上升）。 通过毛细管上升）。 锄地保墒：地下水能通过土壤中的毛细管源源不断 锄地保墒： 地供给植物根须吸收。但大雨过后，土壤被压实了， 地供给植物根须吸收。但大雨过后，土壤被压实了， 使毛细管与地表相通，地下水分会被蒸发掉， 使毛细管与地表相通，地下水分会被蒸发掉，不久植 物会因缺水而枯萎。锄松地表的土壤， 物会因缺水而枯萎。锄松地表的土壤，切断地表毛细 管，保护地下水不被蒸发。 保护地下水不被蒸发。